消磁棒是什么意思(消磁棒的作用)
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江苏激光联盟导读：
变形磁性软体机器人在微创医学、可穿戴设备和软机器中具有多种应用。然而，大多数磁性编程方法固有地与制造过程耦合，因此它们阻止了机器的可重新编程性。2020年9月18日Yunus Alapan和来自德国马克斯·普朗克智能系统研究、土耳其Koç大学、瑞士苏黎世联邦理工学院和美国卡内基·梅隆大学的多学科研究团队在顶尖学术期刊Science子刊——Science Advances上发表了一种高通量的磁性编程方法研究成果，可以通过高通量方式将可重编程形状变形指令编码到磁性软体机器人中。
变形材料与发展中的软磁机械
外部刺激包括光、温度、湿度、酸碱度、声音、电和磁场可以控制变形材料形成微型机器人，从而在跨学科研究领域中实现重要的未来应用。软磁材料包含快速、可逆和复杂变形的可编程形状变形。施加的磁场可以在软磁材料上产生扭矩，以使所有磁畴的磁化方向与场的方向对齐。因此，研究人员可以在软磁机器中创建磁化的空间分布，以在磁场下开发可编程的形状变形。在这项研究中，Alapan等人介绍了一种通用的方法，使用嵌入聚二甲基硅氧烷polydimethylsiloxane(PDMS) 弹性体中的二氧化铬(CrO2) 纳米粒子在电磁软机人中编码可编程形状变形指令。
研究人员的方法是通过加热到磁性粒子的居里温度以上并在冷却过程中用外部磁场重新定向它们的磁畴(如下图1A)。通过热辅助磁化，3D中的形状改变指令可以离散编码，并根据需要以高分辨率(~38微米)重新编程。利用磁可重编程性、膨胀超材料结构的可重构力学行为、四足柔性机器人的可调谐运动模式和柔性手爪的自适应抓取行为进行了演示。热辅助磁性编程通过从磁性主片(使用单个主片，约10个样本/分钟)的分布式磁化分布的接触转移，进一步实现高通量磁性编程。这里描述的磁性(再)编程方法是一个多功能和强大的工具，用于开发具有前所未有的形状变形能力的下一代小型磁性软机器。
图1. 磁性软机人的热辅助3D磁性编程
△图解：(A)由嵌入PDMS的磁性CrO2粒子组成的磁性软弹性体通过激光局部加热到粒子的居里温度以上。在居里温度以上，这些粒子失去永久磁化强度，并且在冷却过程中通过施加外部磁场使磁化方向重新定向。(B)磁性软弹性体在1.7 s内被加热到CrO2颗粒的居里温度（118°C）以上，并在4 s内冷却到该温度的一半。(C)通过热辅助磁化将磁性软弹性体以90％的效率磁化，并且仅通过加热到居里温度以上而无任何外部磁场的方式来消磁。误差棒代表平均值的SD。
居里温度也叫居里点（Curie point），19 世纪末由皮埃尔·居里提出。它是指磁性材料中自发磁化强度降到零时的温度：
温度低于居里点时，物质成为铁磁体，和材料有关的磁场很难改变；度高于居里点时，物质成为顺磁体，和材料有关的磁场很容易随周围磁场的改变而改变。二氧化铬是一种居里温度为118摄氏度的铁磁材料，可以在大多数弹性体的功能温度范围内进行热辅助磁重编程。该小组准备了CrO2/PDMS磁性弹性体复合材料片材，以得到最终的磁弹性膜，并使用具有可调功率的准直近红外（NIR）激光器加热了材料表面。在直径为1.3毫米的加热点下，最短的加热-冷却周期为5.7秒。该团队可以通过在没有磁场的情况下加热到CrO2颗粒的居里温度以上来逆转过程并使材料局部或完全消磁，以实现非侵入式的磁编程和重编程效果。
图2. 磁性软结构的离散和3D磁化强度。
△图解：(A-D)进行四段环(A)，八段环(B)，a的磁激励时，分布的3D磁化强度，面外磁通密度分布测量，有限元模拟和实验形状变化 半球(C)和立方体结构(D)。比例尺，1毫米。通过在黑色箭头指示的方向施加60 mT的磁场进行驱动。
△具有不同三维磁化曲线的结构，在磁场的作用下可以转换成复杂的三维结构
这个多学科团队利用可编程磁化，成功改变了软体机器人内部的磁场分布。由此，辅助超材料结构的机械行为可得到重构，行走软体机器人的运动可得到调节，软夹也能实现自适应抓取。该研究团队还设计了一个三维磁化的“火柴人”结构。可以看到，不管是它的身体、肩膀、手臂还是头部，在磁场的驱动下，“火柴人”经历着复杂的三维形变。
在这项研究中开发的微型机器人和机器的基础将有多种应用，从生物工程到微创医学。磁性编程的形状变形可以为先进的运动和控制建立一类新的微系统。Alapan等人通过将NIR激光束尺寸通过显微镜物镜聚焦在200 µm以下，可以缩小热辅助磁化方法的程序，以对微结构进行编程。 使用聚焦激光加热，他们可以磁化一个有六个花瓣的柔软结构，以产生同步的花瓣变形。此后，他们进一步对光掩模激活的微图案化激光加热进行编程，以产生感兴趣的特定字母。该团队还通过在软弹性体附近产生智慧女神雅典娜的头像图案，并加热系统对整个样品进行一次磁化来实现磁性编程。
图3. 在微尺度上对软材料进行热辅助磁性编程
通过这种方式，Yunus Alapan和他的同事建立了热辅助编程，以高空间分辨率对形状变形进行无创地编程。该团队使用离散的3D磁化技术开发了各种各样的软磁机器，从波浪形的游泳者和爬虫到多臂抓取器。科学家们展示了在外部磁场下具有编程域的3D磁性超材料的行为是如何经历复杂的形状变化。由于基于激光的加热对于人体内的磁性软机器重新编程是不可行的，Alapan等人旨在将用于高通量编程应用的3D磁化方法结合到微创医疗应用中。科学家们还可以通过远程电力传输到位于合成橡胶上的接收器线圈来实现远程和选择性加热，合成橡胶构成了软机器人。具有可重新编程的复杂形状转换的新型软机器将有利于从医疗机器人到可穿戴健康监测设备和生物感应微型机器人的多种应用。
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△软物质热辅助磁性编程
本文来源：DOI: 10.1126/sciadv.abc6414
参考文献：[1]. Yoonho Kim et al. Ferromagnetic soft continuum robots, Science